DE2144956A1 - Verfahren zum Erhitzen eines Produktes in einem elektromagnetischen Feld, z. B. Mikrowellenfeld - Google Patents

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/U % fc eingegangen am.

Patentanwalt·

Or.-lng. HANS RUSCHKE ΟίρΙ.-Ιηο. HEINZ AGULA». 8 München27, frer.rinauer $t<. /

2144956 30. Dez.1971

A 1256

ALffA-LAVAl·, !PÜMBA (SOHWE33EH)

"Verfahren zum Erhitzen eines Produktes in einem
elektromagnetischen Feld, z.B. Mikrowellenfeld"

Die Heißsterilisation von Nahrungsmitteln bedeutet in der
Praxis, daß die Produkte einer Wärmebehandlung derart unterworfen werden, daß die Sporen der gifterzeugenden Bakterien Clostridium botulinum nicht überleben. Eine Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln in dieser Weise führt normalerweise jedoch zu einem verminderten Geschmack der Nahrungsmittel,

der von komplexen chemischen Reaktionen abhängt.

Während die Sterilisationswirkung einer Wärmebehandlung
im wesentlichen von der Temperatur während dieser Wärmebehandlung abhängt, sind die chemischen Wirkungen, von
denen viele in einem schädlichen Umfang auftreten, wenn
ein für das in Frage stehende Produkt typischer kritischer Temperaturbereich erreicht wird, in einem größeren Umfang
als die Sterilisationswirkung von der Zeitdauer der Wärmebehandlung abhängig, während der die Wärmebehandlung erfolgt. Daher ist es in Verbindung mit der Heißsterilisation oder Pasteurisierung von Nahrungsmitteln zweckmäßig, sogenannte HTST-Verfahren anzuwenden, d.h. Wärmebehandlung der hohen Temperaturen für kurze Zeit. (HTST ist die Abkürzung für Hoch-Temperatur-Kurz-Zeit.)

Seit langem sind HTST-Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten und halbflüssigen Produkten bekannt. Für diese Produkte ist eine schnelle und wirkungsvolle Wärmeüberführung in üblicher Weise zusagen mit einera darauffolgenden aseptischen Abfüllen in Packungen leicht durchführbar. Für
feste Produkte sind HTST-Verfahren bisher nicht durchführbar.

Bs ist bekannt, daß elektro-magnetisehe Energie infolge ihrer Fähigkeit der Erwärmung auch der inneren Teile des Produkt·β eine Wärmebehandlung auch τοη festen Nahrungsmitteln ähnlieh den HTST-Proeessen mit einer schnellen und intenairen Erwärming ermöglicht. Jedoch hat die Entwicklung auf diese» Gebiet bisher zu keines zufriedenstellenden Verfahren geführt. Ie wurden TieIe Versuchsreihen zur Erwärmung τοη festen Produkten auf Sterilisations- oder Paeteurisierteeperaturen in eine» elektromagnetischen feld gemacht, aber selbst, wenn es gegebenenfalls möglich war, eine ia wesentlichen gleichförmige Feldstärke über einen ausreichenden Feldbereich eu erzeugen, wurde festgestellt, daß in diesem Feld behandlete Produkte ungleich erwärmt wurden. Es wurde festgestellt, daß die Randbereiche der Produkte in der Hauptrichtung der Aufbringung des elektromagnetischen Feldes gegen das Produkt mit einem Frequenzbereich, wie er für eine wirtschaftliche Erwärmung möglich ist, eine wesentlich andere Temperatur annahmen als andere Abschnitte *~.r Produkte. Ferner wurde festgestellt, daß die Wirkung des elektro-magnetlachen Feldes graduell gedämpft wurde, wenn es in das Produkt eindrang, so daß das in diesem Feld behandelte Produkt in seinem mittleren Bereich weniger erwärmt wurde als an seiner Oberfläche. Dies machte das Erreichen einer ausreichenden Wärme-

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behandlungswirkung in dem Produkt unmöglich, wenn versucht wurde, dieses zu sterilisieren oder zu pasteurisieren, auch wenn bestimmte Abschnitte des Produktes so stark erwärmt wurden, daß sie in der einen oder anderen Hinsicht verdorben waren.

Urn diese Probleme zu lösen, wurde bereits versucht, z.'i. Einrichtungen zu konstruieren zum Aufbringen eines elektromagnetischen Feldes derart, dab eine gleichförmige Energieübertragung in dem in das Feld eingesetzte Produkt erreicht wurde. Dies hat jedoch nicht ;:u de:?. ;/ewünschten Ergebnis geführt. Es wurde außerde·; versucht, dss Produkt in üblicher '„'eise vorzuwärmen, bevor die Erhitzung in einem elektromagnetischer. Feld erfol/τ. Dabei hat sich gezeigt, daß dies zu einer, der gewünschten Wirkung entgegengesetzten Lir&ung führt, vermutlich da bei der konventionellen Erwärmung in einem noch größeren Grad als bei Erwärmung im eleictro-raagnetischen Feld ein größerer Temperaturanstieg in der· kanten und Außenflächen des Produktes als in dem inneren Teil erfolgt.

BAD ORIGINAL

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Die Erfindung, deren Aufgabe es ist, die oben erläuterten Probleme zu lösen, betrifft ein Verfahren in Verbindung mit elektromagnetischer Erhitzung von einzelnen Produktkörpern auf eine vorbestimmte Temperatur nach welchem jeder Produktkörper zuerst in einen Behälter eingeschlossen wird, der für elektro-magnetische Wellen durchlässig ist und dann in einem elektro-magnetischen Feld mit wenigstens Mikrowellen-Fr eq.uenz erhitzt wirdo Die Erfindung besteht darin, daß der Produktkörper in dem elektro-magnetischen Feld wenigstens entlang der Umgrenzungslinien des Produktkörpers, gesehen in einer Ebene rechtwinklig zu der Hauptrichtung der Aufbringung des elektromagnetischen Feldes auf den Produktkörper dicht mit einem Medium umgeben ist, dessen dielektrische Konstante wenigstens die Hälfte der des Produktkörpers für das infrage stehende Feld ist, wobei die Temperatur dieses Mediums so gesteuert wird, daß wenn die elektro-magnetische Erhitzung beendet ist, die Temperatur dicht an der Oberfläche des Produktkörpers einen Wert hat, der im wesentlichen der vorbestimmten Temperatur entspricht welche dann im Inneren des Produktkörpers erreicht Ist»

Durch Anwendung des Verfahrens wird eine Umhüllung um den Produktkörper erzeugt, welche die Wirkung hat, daß die Kanten und Aussenf lachen des Produktkörpers im elektromagnetischen Feld so erscheinen, als wenn sie ein Teil des Inneren eines

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anderen Produkt körpers wären, d„ru aas Innere eines neuen Produktkörpers der aus dem tatsächlichen Produktkörper und dem umgebenden Medium besteht. Genäss der Erfindung wird die Temperatur in der Aussenf lache und den Kanten des neuen Produktkörpers, d.ru die Temperatur in deH den tatsächlichen Produktkörper umgebenden Medium so gesteuert, daß diese Temperatur nach Beendigung der elelitro-inagne tischen Erhitzung im wesentlichen den gewünschten Wert hat, den in diesem Augenblick die Aussenschicht des tatsächlichen Produkt körpers haben s oll ο

Diese gewünschte Temperatur wird unter Berüelzsichtigung der Verteilung des elektro-magne tis chen Feldes im tatsächlichen Produktkörper ausgewählt» Mit anderen Y/orten, wird die Temperatur, die im Inneren des tatsächlichen Produkts auftritt betrachtet» Durch Steuerung der Temperatur des den Produktkörper umgebenden Mediums im Verhältnis zur vorgesehenen Temperatur des Inneren des Produktkörpers wobei das Medium die Aussenschicht des Produktkörpers durch Wärmeübertragung beeinflusst, ist es möglich, die Temperatur ±n der Oberflächenschicht des Produktkörpers auf einem Wert zu halten, daß eine sehr gleichmässige Temperatur über den ganzen Produktkörper erreicht wird«

Gemäss einer vorzugsweiseii Ausführungsform der Erfindung, die angewendet wird, wenn der zu erhitzende Produktkörper durch eine Zone bewegt wird, in welcher das elektromagnetische Feld aufgebracht wird, ist dieses Ilediun flüssig und derart, daß es elektro-aagnetische Energie in. grösserem oder kleinerem Umfang absorbiert. Das flüssige Medium erhält dann vorzugsweise bereits beim Eintritt in das Feld eine Temperatur, das an der Stelle, an der der Produktkörper das Feld verlässt, das Lledium durch das Feld auf im v/es entliehen die Temperatur erhitzt ist, welche für das Innere des Produktkörpers in diesem Teil der Zone vorgesehen ist.

Ein flüssiges Kedium ist dann vorteilhaft ausgewählt, wenn die elektro-magnetische Erwärmung sehr schnell durchgeführt wird, d.h. während eines kürzeren Zeitraunec als 2o Sekunden. Ein flüssiges Ilediua liaim niinlicii an leichterte:, die Temperatur wirkungsvoll steuern. Darüber hinaus träjt ein flüssiges He- «iiiiu auch aui a_:.^:erj Vieiae sun Ausgleich ic:- Temperatur in ν·.c™ v.-äniot-ehaiidelten Proclulctkörper csi. Erstens trägt es c^hr wirkungsvoll durc": IZoiivektion bei und zweitens verhindert es eine Abweichuiic oder andere 3eeiüilussu;ij des elektromagnetischen 2?eldes durch "Jnreöelnässi^keiten der Forn des Pro'.uktkörpers, durch -.velche der Produlttlzörper sich ungleichmassig erwärneii würde.

In der Praxis kairi cie xenperatursteueruiig des den Produktkörper in den ~?elü un~ecenden I^ediu-aa auf unterschiedliche Vfeise

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durchgeführt werden. Oben ist in Bezug auf flüssige Medien ausgeführt, daß ein Medium dieser Art eine vorbestimmte Temperatur "bereits beim Eintritt in das "Feld derart erhalten kann, daß wenn die elektro-magnetisehe Erhitzung beendet ist, es die gewünschte Temperatur hat. ^s ist jedoch auch möglich, ein den Produktkörper in dem Feld umgebendes Medium indirekt zu kühlen, um die gewünschte Temperatur zu erreichen.

In Fällen, in welchen das flüssige Medium, welches den Produktkörper im elektro-magnetischeη Feld umgeben soll, derart ist, daß es elektro-magnetische Energie absorbiert, wird vorzugsweise die Höhe dieser Zone, d.ho der Abstand zwischen den Begrenzungswänden der Zone in der Hauptrichtung der Aufbringung des elektro-magnetisehen Feldes auf die durchlaufenden Produktkörper vorzugsweise derart eingestellt, daß er nur sehr gering über die Höhe des Produktkörpers hinausgeht.

Eingangs war erwähnt, daß Produktkörper, die durch ein -Mikrowellenfeld laufen an ihren Kanten mehr Hitze aufnehmen als an anderen Teilen. Dies hängt teilweise davon ab, daß die Produktkörper die Feldlinien aus den Teilen des Mikrowellenfeldes seitlich von der Bahn des Produktes anziehen. Es wurde festgestellt, daß wenn diese Wirkung vermieden werden soll, die Zone, in welcher das Mikrofeld aufge-

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bracht wird, an jeder Seite der durchlaufenden Produktkörper auf eine Breite mit wenigstens der Höhe des Produktkörpers mittels eines Mediums aufgefüllt sein müssen, dessen dielektrische Konstante wenigstens die Hälfte der des Produktkörpers für das in Frage stehende Mikrowellenfeld aufweist . Wenn dann ein Medium verwendet wird, welches in einem wesentlichen IJmfang Mikrowellen absorbiert, muss die Zone an beiden Seiten der durchlaufenden Produktkörper mit diesem Medium bis zu einer Breite gefüllt sein, die nicht über das Dreifache der Höhe des Produktkörpers hinausgeht. Eine Extrafüllung in der Zone durch ein Medium dieser Art gibt im Hinblick auf das Obenerwähnte keine bessere Wirkung.

In diesen Fällen, wenn infolge der Erfordernisse bestimmte dielektrische Konstanten des den Produktkörper umgebenden Mediums im Verhältnis zur dielektrischen Konstante des Produktkörpers eine Emulsion bezwo Salz- oder Stärkelösungen, welche elektro-magnetische Feldenergie absorbieren, verwendet werden muss, kann der dabei erreichte Verlust an Wirkung vermindert werden, durch Zusammensetzung des den Produktkörper umgebenden Mediums derart, daß die Feststoffkörper die Mikrowellen nur in einem geringen umfang absorbieren in ein flüssiges Medium eingeführt werden, z.B· nach dem oben erwähnten Beispiel. Ifewa. das flüssige Medium keine ausreichende dielektrische Konstante im Verhältnis zu der

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des Produktkörpers aufweist, wird ein weiterer Vorteil durch dieses Verfahren dadurch erreicht, daß durch entsprechende Auswahl der Anzahl und Abmessungen der Feststoffkörper und eine genaue dielektrische Eonstante von diesen man ein Medium zusammensetzen kann, welches die gewünschten dielektrischen Eigenschaften aufweist.

Die Möglichkeit, Form und Ausdehnung des Mediums oder gegebenenfalls der einen Teil dieses Mediums bildenden Feststoffkörper zu variieren, erlaubt es ferner, leicht Ungleichförmigkeiten des Feldes zu kompensieren, welche im G-renzbereich des elektro-inagnetischen Feldes nicht vermieden werden können» In Abhängigkeit von der Art der verwendeten Vorrichtung zur Erzeugung des Feldes wird die Form und die Ausdehnung vorzugsweise von Fall zu Fall bestimmt und zwar am leichtesten durch Experiment.

" Aus unterschiedlichen Gründen können Temperaturspitzen sporadisch in dem Produktkörper auftreten. Diese Spitzen können von der Ungleichförmigkeit des Produktes abhängen. Sie können auch davon abhängen, ob die Mikrowellenabsorption des Produktkörpers mit der Temperatur zunimmt, sodaß Abschnitte des Produktkörpers, die eine gewisse hohe Temperatur erreicht haben, dazu neigen, einen weiteren Temperaturanstieg erfahren. Wenn dagegen nichts unternommen wird, kann dies

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beschleunigt erfolgen. Durch das oben beschriebene Verfahren werden diese Probleme normalerweise vermieden. Ausnahmsweise können z.B. in Verbindung mit der Notwendig-

keit einer extrem schnellen Erhitzung in Verbindung mit diesem Phänomen, das zu Temperaturspitzen führt, weitere Schritte wünschenswert sein, um einen Temperaturausgleich zu erreichen.

Gemass der Erfindung kann das flüssige Medium, durch welches die Produktkörper in dieser Zone umgeben sind, so zusammengesetzt sein, daß seine dielektrische Konstante für das in Präge stehende Feld sich mit der Erhöhung der Temperatur absenkt. Die V/irkung dieser Hassnahme ist die folgende: Temperaturspitzen, die in der Oberflächenschicht des Produktlcörpers auftreten, wobei die Oberflächenschicht teilweise aus einem dünnen Verpackungsmaterial bestehen kann, (das gegen Überhitzung empfindlich ist), bewirken eine besondere Eehitzung des flüssigen Llediuns, das im Bereich dieser Temperaturspitzen liegt. Dann sinkt aber gemäss der Erfindung die dielektrische Konstante in diesem Teil des flüssigen Ilediums ab, woraus sich ergibt, daß der in der Temperatur erhöhte Teil mit einer verfügbaren Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten des Feldes zwischen welchen sowohl Medium als auch Produkt vorhanden ist, vom LIedium übernommen wird, wodurch der verbleibende Teil der Differenz, der mit der Temperatur absinkt, ein die weitere

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Erhitzung in dem Produktkörper bestimmender Paktor ist. Auf diese Weise wird eine gewisse automatische Temperatursteuerung entlang der öfteren und unteren Flächen des Produktkörpers in Abhängigkeit davon erreicht, wie die elektrische Konstante des Mediums mit der Temperatur sich ändert. Bei einer Mikrowellenfrequenz von 2450 MHz (2450 Mc/sec) ist z.B. normales Wasser ein Medium, dessen dielektrische Konstante mit der Temperatur in der gewünschten Richtung sich ändert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert:

In den Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 bis 4 schematisch unterschiedliche Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung und

Fig. 5 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit zwischen der dem Temperaturanstieg der einzelnen Teile in einem elektromagnetischen Feld erhitzten Produktkörpers und der seitlichen Ausdehnung eines umgebenden Mediums im Verhältnis zur Höhe des behandelten Produktkörpers darstellt.

In Fig. 1 bis 4 zeigen zwei Pfeile 1, 2 die Hauptrichtgng zum Aufbringen des elektro-magnetischen Feldes mittels zwei Anordnungen 3,4 gegen einen Produktkörper 5, welcher durch

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ein Medium 6 bis 10 umgeben ist. Wenn der Produktkörper in der durch den Pfeil 1 oder den Pfeil 2 dargestellten Sichtung betrachtet wird, ist festzustellen, daß er durch bestimmte Teile, z.B. 6, 7, 8 des Mediums umgeben ist. Der Produktkörper, in anderen Richtungen rechtwinklig dazu betrachtet, kann als durch andere Teile des Mediums, z.3. 9 und umgeben angesehen werden. Die zuletzt erwähnten Teile können in bestimmten Fällen wewelns^ren werden, z.Tio, wenn der Produktkörper zwischen den Flächen der Anordnung 3, 4 zum Aufbringen des elektromagnetischen Feldes eingepreßt ist, wobei diese Flächen dann -vorzugsweise mit einem Isoliermaterial abgedeckt sind.

Die Konstruktion der Anordnung zum Aufbringen des elektromagnetischen Feldes ist nicht weiter erläutert, da sie sich in Abhängigkeit von der verwendeten Frequenz ändern kann. Für die Verwendung von Mikrowellen sind Anordnungen unterschiedlicher Hersteller bekannt, die eine Form aufweisen, deren auf den Produktkörper zu gerichtete Seite eine Kontur hat, wie sie für die Anordnung 3 und 4 dargestellt ist. In bestimmten Fällen reicht die Verwendung einer dieser Anordnungen, z.B. 3. Die andere kann dann vorzugsweise durch einen Metallspiegel ersetzt werden.

Die Temperatur des Mediums 6 bis 10 (Fig. 1) ist gemäß der Erfindung so gesteuert, daß, wenn die elektro-magnetische Erhitzung beendet ist, sie im wesentlichen die Temperatur

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erreicht, die in diesem Pail an der Oberflächenschicht des Produktkörpers gewünscht wird. Dies kann ξ.B. dadurch erreicht werden, daß das in Präge stehende Medium unmittelbar vor der Erhitzung des. Produktkörpers mittels des elektro-magnetischen .Feldes um den Produktkörper mit einer Temperatur zugeführt wird, welche der errechneten Temperaturänderung des .Mediums in dem PeId und der gewünschten Endtemperatur an der Oberflächenschicht des Produktkörpers entspricht. Alternativ kann das Medium auch, nachdem es um den Produktkörper herumgeführt ist, gekühlt oder erwärmt werden, und zwar vor oder in Verbindung mit der elektromagnetischen Erhitzung des Produktkörpers aittels einer Kühloder Heizwicklung, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist und welche in die Anordnung 3> 4 (zur Erzeugung des elektro-magnetischen Peldes) eingebaut sein kann.

Wenn die Erhitzung des Produktkörpers z.B. einea Teil einer durchlaufenden Produktion bildet, ist es vorteilhaft, die zu erhitzenden Produkte kontinuierlich durch einen Bereich zu führen, in welchem das elektro-magnetische PeId aufgebracht wird. Vorrichtungen dieser Art sind in einem Längsschnitt in Pig. 2 und im Querschnitt in Jig. 3 dargestellt. Abgewandelte Einrichtungen sind im Querschnitt in S"ig. 4 dargestellt. Durch den Bereich, in dem das elektro-magnetische PeId durch die Anordnung 3, 4 aufgebracht wird, werden die Produktkörper 11 in den durch den Pfeil 12 dar-

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gestellten Richtung vorgeschoben. Die Produktkörper 11 sind in !Packungsmaterial 13 eingeschlossen, welches auch die einzelnen Produktkörper 11 miteinander verbindet. Diese Seinen von. Packungen können mittels Packungsmaterial oder mittels einer gesonderten Iransporteinrichtung transportiert werden. Der Bereich ist vorzugsweise durch eine oder mehrere plattenartige Teile 14 "begrenzt. Die Temperatur eines Mediums 15, welches die Produktkörper umgibt, wird so gesteuert, daß wenn die elektro-magnetische Erhitzung des Produktkörpers "beendet ist, d.h. wenn die Produktkörper 11 das Feld aus der Anordnung 3, 4 verlassen, deren Temperatur im wesentlichen der Temperatur entspricht, welche in dieser Stufa, z.B. im rechten Teil von Fig. L₅ in der Oberfläche der Produktkörper erreicht sein soll. Irar Durchführung dieser Steuerung kann das Medium 15 kontinuierlich in dem Bereich eingeführt werden, wobei das Medium durch übliche Mittel vorher auf eine bestimmte Temperatur gebracht wurde. Diese Temperatur kann so bestimmt sein, daß die gewünschte Temperatur an der Stelle erreicht ist, in welcher die Produktkörper 11 das elektromagnetische j?eld verlassen. Alternativ kann das Mediuai auf eiae andere Temperatur gebracht sein, bevor es in. die Zone eingeführt ist. Dann wird diese Temperatur in der Zone mittels Kühl- oder Heizspiralen eingestellt, welche z.B. in die Teile 14 oder in die Anordnung 3, 4 eingebaut sind. Thermostaten, deren Äbtastteile vorzugsweise im Medium 15 rechts in Pig. 2 liegen, können die Temperatureinstellung steuern.

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Damit das den Produktkörper umgebende Medium das den Produktkörper erhitzende Feld nicht fokussiert, ablenkt oder auf eine andere unzulässige Weise stört, wird ein Medium ausgewählt, dessen dielektrische Konstante nicht zu stark von dem des Produktkörpers abweicht. Einige wässrige Produkte haben aber eine so hohe dielektrische Konstante, daß auch das Medium wäsaig ist, um eine ausreichende dielektrische Konstante zu erhalten. Dann wird jedoch auch das Medium die elektro-magnetische Energie in einem größeren oder geringeren Umfang absorbieren. Es ist dann vorteilhaft, das Medium 15 in den in Präge stehenden Bereich mit einer Temperatur unter der gewünschten Oberflächentemperatur des Produktkörpers an dessen Austrittsstelle aus dem Feld zugeführt. Das Medium wird dann im PeId erhitzt, so daß es an der Austrittsstelle des Temperaturkörpers aus dem PeId eine Temperatur hat, die im wesentlichen dieser gewünschten Temperatur entspricht.

Die elektro-magnetische Energie, die durch das Medium absorbiert wir:), kann in Porm von Wärmeenergie wieder gewonnen werden, d.h. zum Vorheizen der Produktkörper. In diesem Sinne kann es wünsche ns v/er t sein, daß der Verbrauch an elektromagnetischer Energie begrenzt wird, welches dadurch erfolgen kann, daß das Volumen des den Produktkörper umgebenden Uediums nicht zu groß gewählt wird. Gleichzeitig ist es vorteilhaft, daß ein und dieselbe Vorrichtung Produktkörper

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auf unterschiedliche Höhe erwärmen kann. Die plattenbildenden Teile 14 bestehen aus einem Material, das Mikrowellen nur wenig absorbiert, und sie können austauschbar und mit unterschiedlichen Dicken ausgebildet sein, wodurch, was vorteilhaft für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist, die Möglichkeit eröffnet wird, die Höhe dieses Bereiches, d.h. den Abstand zwischen den Begrenzuiigswänden der? Bereiches in. Hauptrichtung, d.h. in Richtung der Pfeile 1 und 2 für das Aufbringen des elektromagnetischen Feldes auf den Produktkörper so einzustellen, daß diese Höhe im wenigsten über die ganze Breite b in J¹Ig. 3 des Produktkörpers nur gering die Höhe h des Produktkörpers selbst übersteigt. Beispiele von geeigneten Werkstoffen für die plattenbildenden Teile sind Kunststoffe, z.B. Polypropen oder Polytetrafluorethylen.

Zusammen mit oder anstelle der plattenbildenden Seile 14 kann, wie in ffig. 4 gezeigt, die gleiche Wirkung durch Anbringen einer starren oder halbstarren Membrane 16 erreicht werden, die im Zusammenwirken mit Bälgen 17 in ihrer Höhenlage eingestellt werden kann durch Zuführen einer genauen Menge von Medium, die nur wenig das elektromagnetische PeId beeinflußt, durch eine Öffnung 18 an der Seite der Membrane, die von dem durchlaufenden Produktkörper entfernt liegt. Diese Ausführungsform ist geeignet für kontinuierliche Einstellung und macht es außerdem leicht, eine automatische Einstellung zu erhalten, bei der außerdem gelegentliche

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Änderungen der Höhe h der Produktkörper berücksichtigt werden. Der einfachste Weg zur Erreichung einer automatischen Einstellung dieser Art ist es, die Membran, den Produktkörper leicht berühren zu lassen, z.B. dadurch, daß das durch die Öffnungen 18 zugeführte Medium auf einem sehr geringen überdruck gehalten wird. Es können selbstverständlich auch servotechnisehe Steuerungen die Einrichtungen zum Abtasten der Höhe h des Produktkörpers und Mittel zum Zuführen der entsprechenden Menge von Medium durch die Öffnungen 18 verwendet werden, wobei eine gute Genauigkeit erreichbar ist, ohne die Notwendigkeit, die .Flächen des Produktkörpers zu berühren.

Wenn die dielektrische Konstante des Produktkörpers sich wesentlich von der von Luft unterscheidet, ist es vorteilhaft, zur Erzielung einer gleichmäßigen Erhitzungswirkung, wenn ein Spalt 19 (Fig· 3) oder 20 (Pig. 4) an beiden Seiten der durchlaufenden Produktkörper in dem Bereich zum Aufbringen des Feldes mit Medium einer Art gefüllt ist, dessen dielektrische Konstante wenigstens die Hälfte von der des Produktkörpers für das in Präge stehende PeId ist. Versuchsreihen haben gezeigt, daß die Breite S, 3Pig. 3, dieses Spaltes, die das Verhältnis zwischen dem maximalen. 2emperaturanstiegAl . und einem minimalen Temperaturan— stiegAl . innerhalb der Produkteinheit in dem elektromagnetischen PeId kritisch beeinflußt.Δ I_fflax wurde ge-

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messen im Bereich der Ecke einer plattenförmigen Produkteinheit -und Δ ¹IUj_1n ⁱⁿ deren Mitte. Die Temperaturverhält.-nisse wurden experimentell unter Änderungen der Weite 3 im Verhältnis zu der Dicke h der Produkteinheit in Pig. 3 bestimmt. Wie aus dem Diagramm in Pig. 5 zu ersehen ist, ist es für eine gleichmäßige Erwärmung vorteilhaft, eine Weite 3 einzustellen, die wenigstens der Dicke h der Produkteinheit, meistens dem Dreifachen der Dicke h der Produkteinheit entspricht. Die weitere Verbesserung der Gleichförmigkeit der Erhitzung, die dadurch erreicht wird, daß die Weite S mehr als das Dreifache von h beträgt, ist ein zweifelhafter Wert, der jede Erhöhung von S eine stärkere Eingangsleistung der elektromagnetischen Energie erfordert. Die Spalten 19 und 20 sind daher vorteilhafterweise durch Anordnungen 21, 22 bzw. 23 eingeschränkt, deren alle eine Weite S haben, die die Erfordernis erfüllt h^S ^L 3h.

Es kann gelegentlich schwierig sein, mittels eines flüssigen Mediums, z.B. einer Plüssigkeit, Salzlösung, Emulsion usw. ein Medium zu erhalten,dessen dielektrische Konstante zulässig nahe an der des Produktkcrpers liegt. Dann wird -^rorzu£sweise die Eigenschaft des Mediums dadurch Kodifiziert, daß Feststoff körper 24, 25 Te^Ii de.? Mediums bilder, und zwar entweder ia einer großen Anzahl (Pi;:. 3) oder in einer kleinen Anzahl (Pig. 4). Die dielektrische Konstante und das Sesactvolumen der Peststoffkörper bestiramen ic wesentlichen, wie die Peststoffkörper die Möglichkeit des

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Mediums beeinflussen bei der Erzielung einer Gleichförmigkeit in der Erhitzung des Produktkörpers mitzuwirken. Wenn das elektro-magnetische Feld, wie dies oft der Fall ist, im Bereich der Kanten der wirksamen Oberflächen der Anordnung 3,4 absinkt, ist es möglich, eine weitere Gleichförmigkeit dadurch zu erhalten, daß die Einrichtung 22 nach aussen schräg verläuft. Alternativ oder in Verbindung damit ist es möglich, Feststoffkörper 24, 25 vorzusehen, die Teile des Mediums sind und die in einigem Abstand von dem Produktkörper stärker konzentriert sind als dicht bei ihm« In dem Fall eines flüssigen Mediums in den Räumen 19 und 2o. seitlich des Produktkörpers, ist vorzugsweise das gleiche Medium verwendet, wie es in dem Bereich zugeführt wird und den Spalt zwischen einem Produktkörper 26 und den Grenzflächen 16 des Bereiches ausfüllt. Dann ist es nicht notwendig, Wänre vorzusehen, welche die beiden Medien abdichtend voneinander trennen·

Im folgenden wird ein typisches Temperaturprogramm beschrieben, welches in Verbindung mit der Sterilisation von Produkten mittels Mikrowellen erreicht wurde. In einem Fall bestand das Produkt aus Teilen von zerkleinertem Fleisch, welche in dünnem für Mikrowellen durchlässigem Material vakuumverpackt waren. Die Grundkonzeption war so, daß die Teile behandelt wurden, daß sie als Ganzes schnell eine gleichförmige Temperatur von über 130 C erreichten.

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Die Größe der Pachungskörper war 85 χ 100 χ 20 mm and sie wurden, wie in Fig. 2, nur mittels des Packungsmaterials verbunden durch ein Mikrowellenfeld "bewegt, welches in den Eichtungen 1, 2 aufgebaut wurde, wobei die Geschwindigkeit etwa 6 cm/ see. betrug. Die benutzte Frequenz war 2450 MHz (2450 Mc/sec). Der Bereich, in welchem das Feld aufgebracht wurde, wurde beschickt und gefüllt mit Wasser, dessen dialektrische Konstante etwa 50 fo größer als die des behandelten Produktes war. Das Wasser wurde von links zugeführt und verließ den Bereich rechts in Fig. 2, so daß es durch den Bereich in der gleichen Richtung wie die Produktkörper bewegt wurden. Diese letzeren waren, wenn sie in dem Bereich eingeführt wurden, auf eine Temperatur vorerhitzt, die überall die gleiche war, nämlich 69,4 ^ 0,1° C. Das Wasser war beim Zuführen in dem Bereich ebenfalls auf eine (Temperatur von 65° C vorgewärmt. Die Höhe des Bereiches wurde durch 15 mm dicke !Tafeln aus Polysulfon begrenzt und war auf 25 mm eingestellt. Das Produkt wurde symmetrisch zu diesen Platten und zu der Anordnung zum Aufbringen (des elektro-magnetisehen Feldes) eingeführt und transportiert. Das Wasser wurde so zugeführt, daß es den Baum im Bereich an beiden Seiten der durchlaufenden Abschnitte mit einer Weite S in Fig. 3 von 40 mm ausfüllte. Dieser Raum verlief nach außen etwas schräg und war begrenzt durch eine Anordnung der links in Fig. 4 gezeigten Art. Die Mikrowellenbehandlung dauerte etwa 1 Minute. Das Wasser ebenso wie die Produktkörper wurden dann erhitzt. An neun gleichmäßig über eine Diagonale von

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Ecke zu Ecke durch, einen Körper wurden die folgenden Temperaturen gemessen, nachdem der Produktkörper den Bereich verliess: 133,9°C; 137,3°C; 135,2⁰C,- 133,3⁰Cj 133_f1°C 133,3° G; 135,2⁰C; 137_?3°C; 133_t9°C. In der Oberflächenschicht des Produktkörpers mit Ausnahme der Ecken wurde die Temperatur von 135^1 + 0,3 C erreicht» Das Wasser hatte beim Verlassen des Bereiches, in welchem die Mikrowellen aufgebracht wurden, eine Temperatur von 133⁰C, d-h. etwa die gleiche Temperatur, wie sie an den Ecken und den übrigen Qberflachen schichten des Produktes erreicht wurde.

Etwa die gleiche Temperatur, wie entlang der Biagosale, wurde auch im Inneren des Produktkörpers erreicht vna. alle Temperaturen lagen gut über den gewünschten 13O⁰G, wobei die Auswahl des Mediums (Wasser mit 65° C) in Verbindung mit der Mikrowellenbehandlung zu der gewünschten Wxrloing führte.

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Claims (1)

1. -23- eingegangen am. ι'-M

   Patentansprüche

   L) ^erfahren zum elektromagnetischen Erhitzen getrennter Körper eines Produktes auf eine vorbestimmte Temperatur, wobei jeder Produktkörper zuerst in eine für elektro-magnetische Vfellen durchlässige Umhüllung eingeschlossen wird, und dann in einem elektromagnetischen Feld mit wenigstens Mikrowellenfrequenz erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktkörper in dem elektromagnetischen Feld wenigstens entlang der Umgrenzung des 3?roduktkörpers, gesehen in einer Ebene rechtwinklig zur Richtung der Hauptaufbringung des Feldes auf den Produktkörper, dicht durch ein Lledium umgeben wird, dessen dielektrische Konstante wenigstens die Hälfte des Produktkörpers für das in Frage stehende Feld ist und durch Steuerung der Temperatur dieses Mediums derart, daß, wenn die elektro-magnetische Erhitzung beendet wird, die Temperatur dicht an der Oberfläche des Produktkörpers, im wesentlichen der vorbestimmten Temperatur, entspricht, die dann im Inneren des Produktkörpers erreicht v/ird.

   2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Produktkörper bildende Umhüllung durch das Medium dicht umgeben wird.

   J.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktkörper in dem elektromagnetischen Feld durch

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   eingegangen am....i£.:il.liA^f

   ein flüssiges Medium umgeben wirdo

   4«) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß ein Produktkörper durch·einen Bereich bewegt wird, in welchem das elektro-magnetische Feld aufgebracht wird, wobei die Temperatur in dem Medium so gesteuert wird, daß es an der Austrittsstelle des Produktkörpers aus dem Feld im wesentlichen die Temperatur hat, welche für das Innere des Produktkörpers in diesem Teil des Bereiches vorbestimmt ist.

   5.) Yerfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Zone, in welcher das elektro-magnetische Feld aufgebracht ist, mit einem flüssigen Medium beschickt wird, welches die elektro-magnetische Energie absorbiert und eine dielektrische Konstante mit wenigstens der Hälfte der des Produktkörpers in dem in Frage stehenden Feld aufweist, wo- ' bei das flüssige Medium beim Eintritt in das Feld eine Temperatur derart aufweist, daß es an der Austrittsstelle des Produktkörpers aus dem Feld durch das Feld auf im wesentlichen die Temperatur erhitzt worden ist, welche für das Innere des Produktkörpers in diesem Teil des Bereiches vorgesehen ist ο

   6.) Yerfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Bereiches, d.h. der Abstand zwischen den Begrenzungswänden des Bereiches in der Hauptrichtung der Aufbringung des elektro-magnetischen Feldes gegen den

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   .25- eingegangen nm w-aw

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   durchlaufenden Produktkörper derart gewählt wird, daß er die Höhe des Produktkörpers wenigstens über dessen Breite nur wenig übersteigtο

   7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Bereiches mittels einer starren oder halbstarren Membrane begrenzt wird, deren Stellung durch Einführen eines Mediums mit nur geringer Absorbierung des elektro-magnetischen Feldes an der Seite der Membrane gesteuert wird, welche von den durchlaufenden Produktkörpern abgewandt ist«

   8.) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Bereiches mittels einsetzbarer und in ihrer Dicke entsprechender Tafeln aus dielektrischem Material begrenzt wird, welches das elektromagnetische Feld nur wenig absorbiert, z.B. Polypropen ader Polytetrafluoräthylen.

   9.) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich an beiden Seiten des durchlaufenden Produktkörpers mit einem Medium bis zu einer Breite wenigstens entsprechend der Höhe des Produktkörpers gefüllt v/ird, wobei das Medium eine dielektrische Konstante aufweist, die wenigstens die Hälfte der •des Produktkörpers für das in Präge stehende elektrische PeId beträgt.

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   _26- eingeqanaen am

   1o.) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich an beiden Seiten des durchlaufenden Produktkörpers bis zu einer Breite gefüllt wird, die mehr als das Dreifache der Höhe des Produktkörpers beträgt und zwar mit einem Medium, welches in einem wesentlichen Umfang das elektro-magnetische Feld absorbiert«

   11.) Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich an beiden Seiten des durchlaufenden Produktkörpers mit dem gleichen Medium gefüllt wird., welches in dem Bereich zwischen dem Produktkörper und den G-renzwänden des Bereiches in der Hauptrichtung der Aufbringung des elektro-magne tischen Feldes gegen den Produktkörper zugeführt wird.

   12.) Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone an beiden Seiten des durchlaufenden Produktkörpers teilweise mit Feststoffkörpern gefüllt wird.

   13ο) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktkörper in dem elektro-magne— tischen Feld mit einem Medium umgeben wird, welches so zusammengesetzt ist, daß seine dielektrische Konstante für das in Frage stehende Feld mit der Erhöhung der Temperatur absinkt.

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